聲波透射法檢測(cè)灌注樁初探

白從嬌

廣梧高速公路是國(guó)家重點(diǎn)公路規(guī)劃第十五橫向路線廣州云浮至蒼梧的一段,該段地形陡峻,以山地丘陵為主,屬山嶺重丘區(qū)。為了在該山地丘陵區(qū)修筑高速公路,橋梁工程在項(xiàng)目建設(shè)中占有相當(dāng)大的比重,而用于樁基的費(fèi)用在橋梁工程總造價(jià)中占有較大的比例。因?yàn)闃痘┕さ碾[蔽性,若在施工中埋下隱患將會(huì)影響整個(gè)工程的質(zhì)量驗(yàn)收。因此,保證樁基工程的質(zhì)量以滿足工程建設(shè)的需要,從工程結(jié)構(gòu)的重要性和節(jié)約工程造價(jià)層面上來講,都是具有重要的意義。

1 工程簡(jiǎn)介及基本資料

某高架橋在前段路線上處于整體式路基段,然后過渡到分離式路基段,左幅橋跨組合27×40+30,橋長(zhǎng) 1110 m;右幅橋跨組合27×40,橋長(zhǎng)1080 m。橋位區(qū)巖土性較簡(jiǎn)單,基底由海西—印支期花崗巖、寒武系變質(zhì)砂巖及風(fēng)化層組成。弱風(fēng)化～微風(fēng)化花崗巖、變質(zhì)砂巖抗壓強(qiáng)度較高,工程性質(zhì)良好,適宜作為樁基持力層。全橋共有鉆孔灌注樁178根,其中聲測(cè)樁110根,樁基長(zhǎng)度在10.25 m～53.95 m之間,42根人工挖孔樁,136根沖擊樁。

2 聲波透射法檢測(cè)的基本原理

聲波透射法檢測(cè)的基本原理:在灌注樁身內(nèi)預(yù)埋聲測(cè)管作為檢測(cè)通道,將超聲脈沖發(fā)射換能器和超聲脈沖接收換能器置于聲測(cè)管中,管中需注滿清水作為耦合劑。它把發(fā)射系統(tǒng)送來的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖聲波并向樁身內(nèi)輻射,聲波在樁身混凝土中傳播后到達(dá)另一個(gè)聲測(cè)管,被安置在其中的接收換能器接收,接收換能器將聲波轉(zhuǎn)換成電信號(hào),由接收放大器放大,并由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將數(shù)據(jù)送入微型計(jì)算機(jī)。接收到的聲波信號(hào)隨混凝土質(zhì)量、缺陷性質(zhì)的客觀情況,使穿透的聲波信號(hào)在傳播過程中發(fā)生繞射、折射,多次的反射及不同的吸收衰減,使接收信號(hào)的傳播時(shí)間、聲波的振幅、頻響特性、主頻以及脈沖波的波形、波列長(zhǎng)度發(fā)生變化,即可對(duì)樁身混凝土是否完整、致密及缺陷是否存在,及其分布情況作出判斷,從而完成檢測(cè)工作。

3 測(cè)試準(zhǔn)備和步驟

3.1 聲測(cè)管的安裝

此高架橋樁基樁徑不大于1.5 m時(shí),埋設(shè)3根聲測(cè)管,大于1.5 m時(shí),埋設(shè)4根聲測(cè)管。預(yù)埋管采用鋼管用點(diǎn)焊或鐵絲綁扎的方法固定在鋼筋籠的內(nèi)側(cè),為了保證聲測(cè)管的平行,可以在聲測(cè)管間點(diǎn)焊鋼筋。聲測(cè)管一直埋到樁底,管底預(yù)先封焊死。上端管口高出樁頂30 cm～50 cm,用塞或木樁封閉管口,防止雜物落入。

3.2 檢測(cè)前準(zhǔn)備

檢測(cè)前要求被檢樁的混凝土齡期大于14 d,管內(nèi)灌滿清水做耦合劑,并檢查聲測(cè)管的通暢情況,準(zhǔn)確量測(cè)聲測(cè)管的內(nèi)、外徑和兩相鄰聲測(cè)管外壁間的距離。

3.3 測(cè)試步驟

1)將接收和發(fā)射換能器裝好扶正后置于檢測(cè)管內(nèi),并能順利升降,調(diào)試儀器顯示清晰波形。2)從聲測(cè)管底部開始檢測(cè),接收和發(fā)射換能器必須以相同標(biāo)高同步升降,各測(cè)點(diǎn)兩個(gè)換能器累計(jì)相對(duì)高差不允許超過 20 mm,并隨時(shí)校正,點(diǎn)距不大于25 cm,發(fā)現(xiàn)異常,加密測(cè)量點(diǎn)距。3)檢測(cè)時(shí)應(yīng)先采用平測(cè)或斜測(cè)同步進(jìn)行全孔掃描,當(dāng)發(fā)現(xiàn)有樁身缺陷時(shí),宜用各種方法綜合,進(jìn)一步確定。4)測(cè)試過程中發(fā)射電壓和放大器增益均應(yīng)固定在適當(dāng)值且始終保持不變,衰減器衰減量的調(diào)節(jié)應(yīng)以接收信號(hào)初至波幅度在光屏上為2格或3格為宜,由光波確定首波初至,讀取聲波傳播時(shí)間及衰減器衰減量,依次測(cè)取各測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)及波幅,并進(jìn)行記錄。

測(cè)試方法有平測(cè)、斜測(cè)和扇形掃測(cè),一般采用平測(cè)和斜測(cè)。平測(cè)是將發(fā)射和接收換能器分別置于兩個(gè)聲測(cè)管中,從管頂(或管底)開始,以一定的間距,始終保持以同一標(biāo)高逐點(diǎn)對(duì)測(cè)。測(cè)點(diǎn)間距不大于250 mm。

4 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析與判定

1)聲時(shí)判據(jù)。根據(jù)測(cè)線上各點(diǎn)的聲時(shí)數(shù)據(jù)繪制深度—聲時(shí)曲線,并繪出臨界線,聲時(shí)大于該臨界線的測(cè)點(diǎn)為異常點(diǎn)。

以聲時(shí)平均值 ut與聲時(shí)2倍標(biāo)準(zhǔn)差σt之和作為判定樁身有無缺陷的臨界值。

其中,n為測(cè)點(diǎn)數(shù);ti為混凝土中第i測(cè)點(diǎn)超聲脈沖波傳播時(shí)間;ut為聲時(shí)平均值;σt為聲時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差。

2)聲速判據(jù)。根據(jù)測(cè)線上各點(diǎn)聲速數(shù)據(jù)繪制深度—速度曲線和臨界線,聲速低于臨界值的測(cè)點(diǎn)為異常點(diǎn)。

其中,vi為第i測(cè)點(diǎn)樁身混凝土檢測(cè)波速;L為測(cè)線上兩聲測(cè)管外壁之間的距離。

以聲速的平均值 uv與聲時(shí)2倍標(biāo)準(zhǔn)差σv之差作為判定樁身有無缺陷的臨界值。

3)波幅判據(jù)。根據(jù)測(cè)線上各點(diǎn)波幅數(shù)據(jù)繪制深度—波幅曲線和臨界線,波幅低于臨界線為異常點(diǎn)。

取儀器接收到聲幅的平均值的一半作為判斷樁身有無缺陷的臨界值。用衰減器的衰減量q表示聲幅,聲幅常以分貝表示。

4)PSD判據(jù)。聲時(shí)—深度曲線相鄰測(cè)點(diǎn)的斜率K與相鄰兩點(diǎn)聲時(shí)差值Δt的乘積,簡(jiǎn)稱PSD判據(jù)。

其中,ti為第i測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)值;ti-1為第i-1測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)值;hi為第 i測(cè)點(diǎn)的深度(或高程);hi-1為第 i-1測(cè)點(diǎn)的深度(或高程)。

K×Δt值能在聲時(shí)—深度曲線上明顯反映缺陷的位置和性質(zhì),根據(jù)曲線的突變位置有存在缺陷的可能性,初步判定有缺陷的部位,結(jié)合聲速與波幅判據(jù)進(jìn)行綜合判斷。

5 樁身完整性評(píng)價(jià)

根據(jù)樁身混凝土存在缺陷的性質(zhì)、位置和程度,結(jié)合混凝土聲速離散系數(shù),將樁身的完整性分成四類。

Ⅰ類樁:每個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲速、波幅均大于臨界值,波形規(guī)則衰減,無異常雜波,樁身完好,達(dá)到設(shè)計(jì)樁長(zhǎng),波速正常,混凝土強(qiáng)度等級(jí)大于設(shè)計(jì)要求。

Ⅱ類樁:個(gè)別測(cè)點(diǎn)的聲速、波幅均略低于臨界值,樁底反射清晰,樁身有小畸變,如輕微縮徑,混凝土局部輕度離析等,樁身混凝土波速正常,達(dá)到混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)。

Ⅲ類樁:連續(xù)多個(gè)測(cè)點(diǎn)或某一深度處的聲速、波幅小于臨界值,波形出現(xiàn)較明顯的不規(guī)則反射,對(duì)應(yīng)樁身缺陷如裂紋、混凝土離析、縮徑1/3樁截面以上,樁身混凝土波速偏低,達(dá)不到混凝土強(qiáng)度等級(jí),對(duì)單樁承載力有一定影響,該類樁要求設(shè)計(jì)單位復(fù)核單樁承載力后提出是否處理的意見。

Ⅳ類樁:連續(xù)多個(gè)測(cè)點(diǎn)或某一深度處的聲速、波幅明顯小于臨界值,PSD值突變,波形嚴(yán)重畸變,對(duì)應(yīng)樁身缺陷如裂縫、混凝土嚴(yán)重離析、夾泥、嚴(yán)重縮徑、斷裂等,這類樁一般不能使用,需進(jìn)行工程處理。

根據(jù)以上分類標(biāo)準(zhǔn)對(duì)110根樁進(jìn)行分析,結(jié)果為:Ⅰ類樁83根,比例為75.5%;Ⅱ類樁27根,比例為24.5%;無Ⅲ類樁和Ⅳ類樁。

6 結(jié)語

本文對(duì)聲波透射法檢測(cè)灌注樁的基本原理、測(cè)試步驟、數(shù)據(jù)分析與判定和樁身完整性評(píng)價(jià)進(jìn)行初步探討,通過工程實(shí)踐和分析,可以了解到聲波透射法能比較準(zhǔn)確地檢測(cè)到樁身混凝土的夾泥、裂縫、離析、蜂窩等缺陷,為該高架橋樁基的施工驗(yàn)收提供了可靠的依據(jù)。

[1]劉吉士,張俊義,陳亞軍.橋梁施工百問[M].北京:人民交通出版社,2003:7.

[2]交通部第一公路工程總公司.公路施工手冊(cè):橋涵[M].北京:人民出版社,2000:3.

[3]葛 方.鐵路基樁超聲檢測(cè)的可靠性分析[J].山西建筑,2008,34(25):129-130.